NO347871B1 - System og fremgangsmåte for å måle mengde NH3 oppløst i en væske - Google Patents

Description

Tittel: System og fremgangsmåte for å måle mengde NH3 oppløst i en væske

Området for oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et system og en fremgangsmåte for å måle mengde NH3 oppløst i en væske. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen et system og fremgangsmåte for å måle mengden NH3oppløst i væske, der væsken pH-justeres før mengde NH3 måles. Oppfinnelsen er spesielt egnet for å måle NH3 i væsker der pH-justering av væsken skifter likevekten for NH3 oppløst i væsken slik at mengde av nevnte NH3 i væsken øker.

Bakgrunn for oppfinnelsen

I oppdrettsanlegg for marine organismer, så som fisk, vil det genereres ammoniakk (NH3) fra faeces og fiskens utånding. Konsentrasjoner av ammoniakk i slik væske for oppdrett blir typisk i området 1-30 ppb (parts per billion). Ammoniakken som dannes i oppdrettsvæsken er giftig for fisken, og må fjernes fra vannet. Det er spesielt viktig å fjerne oppløst ammoniakk fra vannet i oppdrettsanlegg der vannet resirkuleres tilbake til anlegget, dvs. i såkalte RAS-anlegg. Fjerning av ammoniakk oppløst i vannet foregår i anleggets biofiltre, der ammoniakk (NH3(aq)) omdannes til nitritt (NO2(aq)) og nitrat (NO3(aq)).

Konsentrasjonen av NH3 i væsken er så lav at det er praktisk talt umulig å måle konsentrasjonen.

Omtale av kjent teknikk

Det finnes systemer for kontinuerlig å måle konsentrasjonen av en gass oppløst i en væske, der væsken overføres til en lukket beholder, og der mengden gass måles i gassfasen over væsken i den lukkede beholder. Et slikt system er beskrevet i US 3,942,792 der beholderen anordnes i selve karet som opptar væsken. Et slikt system vil imidlertid ikke klare å måle de lave mengder av NH3 oppløst i en væske.

US 5,882,937 beskriver et system for å kontrollere mengden av NH3 i vann kontinuerlig, og WO96/28728 beskriver et system for å måle mengde oppløst ammoniakk i vann.

WO2021/010400 omtaler en metode for å måle NH3 i et oppdrettsanlegg, og JP55852558 beskriver måling av vaporisert ammoniakk.

Formål med foreliggende oppfinnelse

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et forbedret system og fremgangsmåte for å måle konsentrasjonen av en gass oppløst i en væske.

Det er et formål å kontinuerlig kunne måle konsentrasjonen av en gass i væsken, dvs. uten at man må ta ut en prøve av væsken for analyse.

Det er et spesielt formål med oppfinnelsen å kunne måle mengden av NH3-gass oppløst i væske, så som en væske for oppdrett av marine organismer som fisk. Det vil således være hensiktsmessig å benytte systemet og fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen for å måle mengde NH3 som til enhver tid er oppløst i oppdrettsanlegget, men systemet og fremgangsmåten kan også brukes for å måle andre gasser oppløst i væske, og kan også benyttes for andre væsker, så som drikkevann, renseanlegg, etc.

Oppsummering av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse vedrører i et første aspekt et system for å bestemme mengden av NH3 oppløst i en væske i en beholder, kjennetegnet ved at systemet omfatter en ekvilibrator innrettet for innstilling av en likevekt mellom NH3 i gassfase og væskefase, en sensoranordning for måling av mengde NH3 i gassfasen, og en beholder oppstrøms for ekvilibratoren for tilsetning av et pH-regulerende middel for regulering av pH i væsken i beholderen før den overføres til ekvilibratoren.

I en foretrukket utførelse er beholderen innrettet for å regulere pH i væsken og omfatter midler for å tilføre et pH-regulerende middel til beholderen.

I foretrukne utførelser er det pH-regulerende middel i form av en gass, en væske eller et faststoff.

I en utførelser omfatter systemet en gasstransportør innrettet for å bevirke sirkulasjon av gasser fra gassfasen til væskefasen.

I en utførelse har ekvilibratoren et utløp med vannlås for å regulere væskestanden i ekvilibratoren.

I en utførelse måler sensoranordningen mengde av én eller flere gasser direkte i gassfasen i ekvilibratoren.

I en utførelse tilsettes én eller flere gasser tilsettes til væskefasen i ekvilibratoren.

I en utførelse er nevnte én eller flere gasser luft eller oksygen.

I en utførelse transporterer gasstransportøren gasser i en lukket krets fra gassfasen til væskefasen i ekvilibratoren.

I en utførelse omfatter gasstransportøren en pumpe og en rørledning for transport av gasser fra gassfasen til væskefasen i ekvilibratoren.

I en utførelse omfatter systemet en lukket sløyfe og at gasser fra gassfasen transporteres av en gasstransportør til væskefasen i ekvilibratoren via denne sløyfe, og at en sensoranordning er anordnet i sløyfen og måler mengde av én eller flere gasser i gassfasen.

I en utførelse føres gass fra gassfasen i en lukket krets via en sensoranordning for måling av mengden av en gitt gass.

I en utførelse er gasstilførselsenheten en slange utstyrt med en luftpumpe for å hente gass fra gassfasen og tilføre den til væskefasen i ekvilibratoren.

I en utførelse er gasstransportøren en ejektor.

I en utførelse mates væske via pumpe og rørledninger til toppen av ekvilibratoren og ejektoren anordnet i væskefasen i ekvilibratoren, og at gasser fra gassfasen i ekvilibratoren suges inn i ejektoren via en rørledning.

I en utførelse er det i ekvilibratoren anordnet en skumdemper.

I en utførelse er skumdemperen anordnet i ekvilibratoren slik at der er en gassfase over skumdemperen.

I en utførelse suges gasser til sensoranordningen fra gassfasen under eller over skumdemperen.

I en utførelse går gasser i retur fra sensoranordningen i retur til ekvilibratoren via gassfasen (80a) over eller under skumdemperen.

I en utførelse tilføres væsken ekvilibratoren via en dyse, innrettet for å spre vannet over ekvilibratorens tverrsnitt.

I en utførelse er gasstransportøren en diffusor.

I en utførelse føres gasser fra gassfasen via en pumpe fra skumdemperen til diffusoren.

I en utførelse er ekvilibratoren anordnet i det vesentlige horisontalt og at gasser sirkuleres i en lukket krets gjennom gassfasen i ekvilibratoren ved hjelp av en pumpe eller propell.

I en utførelse er sensoranordningen koblet til den lukkede krets.

I en utførelse overføres væsken til ekvilibratoren via dyser, og føres til endekanten av ekvilibratoren der den renner ut gjennom rørledning som er anordnet med vannlås.

I en utførelse kalibreres målingene av mengde gass med målinger av en gassblanding, så som luft, med en kjent gass-sammensetning.

I en utførelse foregår kalibreringen i en lukket krets utstyrt med ventiler, og at kalibreringen utføres automatisk ved gitte tidspunkt.

I en utførelse hentes væske som tilføres ekvilibratoren fra en første beholder.

I en utførelse omfatter systemet midler for å måle pH i beholderen før og etter tilsats av pH-regulerende middel.

I en utførelse omfatter systemet midler for å måle pH i væsken i beholder før tilsats av pH-regulerende middel, og i beholder etter tilsats av pH-regulerende middel.

Alternativt kan beholderen for pH-regulering omfatte midler for å måle pH både før og etter tilsats av pH-regulerende middel.

I en utførelse omfatter systemet midler for å måle mengde pH-regulerende middel tilsatt.

I en utførelse omfatter systemet midler for å måle pH i væsken etter tilsats av pH-regulerende middel, og at informasjon om pH i væsken etter tilsats av pH-regulerende middel brukes for å regulere mengde pH-regulerende middel som tilsettes beholderen.

I et andre aspekt vedrører foreliggende oppfinnelsen en fremgangsmåte for å bestemme mengde av NH3 oppløst i en væske, hvor væsken kontinuerlig tilføres til en ekvilibrator innrettet til å innstille en likevekt mellom NH3 i en gassfase og NH3 oppløst i en væskefase i ekvilibratoren, og hvor væsken før den overføres til ekvilibratoren tilføres et pH-regulerende middel i beholder for å justere pH i væsken slik at likevekten mellom NH3 oppløst i væsken og dens ioner oppløst i væsken skifter slik at mer NH3 er oppløst i væsken.

I en utførelse tilføres én eller flere gasser væskefasen for å innstille likevekten mellom gassfasen og væskefasen i ekvilibratoren raskere.

I en utførelse settes gasser fra gassfasen i et lukket gassvolum i kontakt med væskefasen.

I en utførelse bevirker en gasstransportør sirkulasjon av gasser fra gassfasen til væskefasen.

I en utførelse er gasstransportøren en pumpe og en rørledning for transport av gasser fra gassfasen til væskefasen i ekvilibratoren.

I en utførelse transporteres gasser fra gassfasen av en gasstransportør til væskefasen i en lukket sløyfe, og at en sensoranordning er anordnet i sløyfen og måler mengde av én eller flere gasser i gassfasen.

I en utførelse føres gass fra gassfasen i en lukket krets via en sensoranordning for måling av mengden av en gitt gass.

I en utførelse er gasstransportøren en slange utstyrt med en luftpumpe for å hente gass fra gassfasen og tilføre den til væskefasen.

I en utførelse er gasstransportøren en ejektor.

I en utførelse er gasstransportøren en diffusor.

I en utførelse er nevnte gass som måles ammoniakk (NH3).

I en utførelse måles eller beregnes gjennomstrømningshastigheten og –mengden av væske gjennom ekvilibratoren, slik at absolutt mengde gass oppløst i væsken kan beregnes.

I en utførelse genererer gasstransportøren mikrobobler til væskefasen.

I en utførelse overføres væsken kontinuerlig fra en første beholder til ekvilibratoren.

I en utførelse anordnes et system ifølge foreliggende oppfinnelse, som angitt over, flere steder i et oppdrettsanlegg.

I en utførelse anordnes systemet for å måle gassmengder i væske som slippes inn i oppdrettstanken.

I en utførelse anordnes systemet for å måle gassmengder som slipper ut av anlegget via CO2-stripperen.

I en utførelse anordnes systemet mellom én eller flere, eller alle av modulene i et oppdrettsanlegg, så som et RAS-anlegg.

I en utførelse utføres målingene i sanntid, og at en senderenhet på sensoranordningen sender data til en kontrollenhet.

I en utførelse settes systemet opp med ventiler slik at man ved programmerbare intervaller kan kople inn en kalibreringsgass med kjente konsentrasjoner for å kontrollere drifting av sensorene.

I en utførelse benyttes endring i pH som følge av tilsats av pH-regulerende middel for å beregne mengde gass oppløst i en væske i en beholder basert på målinger av mengde av nevnte gass i gassfasen korrigert for endringen i mengde gass som følge av endringen i pH.

I en utførelse måles tilsats av mengde pH-regulerende middel, og at mengde pH-regulerende middel tilsatt benyttes for å beregne endring i pH før og etter tilsats av pH-regulerende middel, og at endringen i pH benyttes for å beregne mengde gass oppløst i væske i beholder basert på målinger av mengde av nevnte gass i gassfasen (80a) korrigert for endringen i mengde gass som følge av endringen i pH.

Beskrivelse av figurer

Foretrukne utførelser av oppfinnelsen skal i det etterfølgende omtales mer detaljert med henvisning til de medfølgende figurer, hvor:

Figur 1 viser skjematisk et system for måling av mengde av en gass oppløst i en væske. Væsken overføres i en kontinuerlig strøm til en ekvilibrator via en beholder for justering av væskens pH.

Figur 2 viser samme løsning som i figur 1, men der det i tillegg er en gasstransportør for transport av gasser fra gassfasen i ekvilibratoren til væskefasen i ekvilibratoren.

Figur 3 viser skjematisk en løsning der gasstransportøren er en ejektor.

Figur 4 viser skjematisk en løsning der gasstransportøren er en diffusor.

Figur 5 viser skjematisk et system der ekvilibratoren er anordnet horisontalt.

Figur 6 viser et system der systemer for måling av gasser kan brukes i et arrangement ved et RAS-anlegg.

Figur 7 viser samme utførelse som figur 1, men der det er vist beholder/trakt for tilførsel av pH-justerende middel til beholderen 20.

Detaljert beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen

Som nevnt over finnes det ikke noen løsninger for å måle så lave konsentrasjoner av oppløst NH3 i væske som dannes i oppdrettsanlegg. Selv lave nivåer av NH3 er skadelig for fisken, og med foreliggende oppfinnelse frembringe man en løsning som gjør det mulig å detektere ekstremt lave nivåer av NH3, dvs. nivåer av NH3 i det området som er skadelig for fisken.

I væske er mengde NH3-gass oppløst i væsken i en likevekt med ammoniumioner NH4+. Denne likevekten av NH3 i væske påvirkes av væskens pH. pH i væsken i et normalt oppdrettsanlegg, også et RAS-anlegg, er i området 6,8 til 7,5. Som det fremgår av figuren nedenfor så vil et skifte i pH til en mer basisk verdi, forskyve likevekten mellom NH3(aq) og NH<4>+(aq) og innstille seg på et nivå der forholdet mellom NH3 og NH<4+ >øker, dvs. det blir mer NH3-gass oppløst i væsken. Man kan dermed øke mengde NH3-gass oppløst i væske til et nivå som er praktisk mulig å måle. Andre forhold som påvirker likevekten mellom NH3 og NH<4+>er termpertur og saltinnhold i væsken. Man må derfor bruke en tabell, og gjøre en korrigering som gjelder for den temperatur og det saltinnhold væsken faktisk har.

Man kan ikke foreta denne forskyving av likevekten, dvs. øke pH, i selve oppdrettsanlegget fordi de NH3-mengder som da vil dannes vil være svært giftige for fisken i anlegget.

Væske fra oppdrettsanlegget, representert med kar 11 i figur 1, overføres via en beholder 20 for å justere pH i væsken, før væsken deretter føres til en ekvilibrator 80. Til væsken i den pH-justerende beholder 20 tilføres et pH-regulerende middel slik at pH i væsken i beholderen 11 endres, slik at likevekten mellom gass og ioner oppløst i væsken endres. Ved tilsetning av en basisk løsning, så som for eksempel NaOH, til en væske som inneholder NH3, vil pH i væsken i beholderen 11 øke, og dette skifte i likevekten danner mer NH3 i løsningen. Den pH-justerte væske overføres deretter fra beholder 11 til en ekvilibrator 80 der det innstilles en likevekt mellom NH3 i væsken og NH3 i gassfasen 80a over væsken 80b. Sensorer 200 måler mengde NH3 i gassfasen 80a over væsken 80b. Ut fra økningen i pH (som man enten måler eller beregner) for væsken i beholder 11 idet den er overført til beholder 20, så kan man bruket etablerte tabeller (som skissert skjematisk i figuren over) og beregne økningen i forholdstallet NH3:NH<4+>, og således beregnet mengde NH3 som opprinnelige var oppløst i beholderen 11 (dvs. før pH-justeringen).

Kjernen i oppfinnelsen er således å overføre væsken til en ekvilibrator 80 slik at mengde gass kan måles i gassfasen 80a som innstiller seg over væskefasen 80b i ekvilibratoren 80. I tillegg så justerer man pH i væsken før man overfører den til ekvilibrator 80 for å påvirke likevekten mellom gass oppløst i væske og gassens korresponderende ioner i væsken. Dette forklares med henvisning til figuren over for NH3-NH4+-likevekten som påvirkes av pH i løsningen. Høyere, mer basisk pH forskyver likevekten slik at væsken inneholder forholdsvis mer NH3. Dette bringer mengden NH3 opp i nivåer som er målbare i gassfasen 80a i en ekvilibrator 80. Med beregninger av tilsatt mengde pH-regulerende middel (så som NaOH) eller ved å måle pH før og etter tilsetning av pH-regulerende middel, så kan man beregne hvor mange ganger NH3-konsentrasjonen har økt i væsken, og man kan ut fra målingene av NH3 etter pH-justering beregne hvor mye NH3 den opprinnelige væsken i oppdrettsanlegget inneholdt. Det tilveiebringes med dette et system og en metode for å måle mengder NH3 selv når de er så lave at de ikke kan måles med konvensjonelle målemetoder.

Innehaver av foreliggende patentsøknad har i PCT-søknad PCT/NO2020/050280 beskrevet overføring av væske til en ekvilibrator for å kunne måle lave mengder av en gass oppløst i en væske. Innehaver er virksom innen akvakultur-bransjen, og oppfinnelsen i PCT/NO2020/050280 er eksemplifisert med målinger av hydrogensulfidgass, dvs. H2S (aq) i en væske. Den foreliggende oppfinnelse omhandler en forbedret målemetode for gasser i væske, for gasser der pH øker mengden gass i væsken ved at likevekten mellom gass og ioner i væsken forskyves mer mot gass, enten ved at pH i væsken økes (som med NH3-systemtet) eller ved at pH reduseres.

Figur 1 viser skjematisk et slikt system for justering av pH i en væske før gassmengden i væsken måles i en ekvilibrator 80. Man ønsker å måle mengden eller konsentrasjonen av en gitt gass i en væske som befinner seg i en beholder 11. Dette kan for eksempel være et oppdrettsanlegg, så som et RAS-anlegg. Konvensjonelle metoder for å måle mengde gass, for mange typer gass, er ikke tilstrekkelig sensitive til å kunne måle mengden gass i væsken i selve beholderen 11. Væsken overføres derfor til en ekvilibrator 80 via rørledninger 60, ved hjelp av pumpe 62. I tilknytning til ekvilibratoren 80 er der arrangert et vannlås 70 på utløpet slik at man kan regulere væskenivået i ekvilibratoren 80. Etter en tid vil det innstille seg en likevekt for den gass man ønsker å måle mellom mengde gass oppløst i væsken 80b i ekvilibratoren 80 og mengde gass oppløst i gassfasen 80a over væskenivået i ekvilibratoren 80. Det er foretrukket at denne likevekt mellom gass oppløst i henholdsvis væskefasen 80b og gassfasen 80a innstiller seg hurtig slik at målingene av mengde av den aktuelle gassen, som måles ved hjelp av sensorer 200 i gassfasen 80a, kan utføres kontinuerlig. For å bevirke en hurtig innstilling av denne likevekt mellom gass i væskefasen 80b og gassfasen 80a, er systemet fortrinnsvis utstyrt med midler for å bevirke en sirkulasjon av gassfasen 80a til væskefasen 80b. Dersom gasser fra gassfasen 80a transporteres til væskefasen 80b, og fortrinnsvis også transporteres gjennom væskefasen 80b, så vil likevekten mellom gasser i væskefasen 80b og gassfasen 80a innstille seg raskere. Disse midler for å transportere gasser gjennom væskefasen 80b er i noen av figurene skjematisk skissert som en gasstransportør med henvisningstall 100. I en enkel foretrukket utførelse transporteres gassen som er målt i sensor 200 til et nedre nivå i væskefasen 80b slik at bobler av gassfase 80a stiger opp gjennom væskefasen 80b.

Det er ikke nødvendig at det er gasser fra gassfasen 80a som brukes for å transportere gasser gjennom væskefasen 80b. Enhver gass som føres gjennom væskefasen 80b vil bevirke en hurtigere innstilling av likevekten mellom gass i gassfasen 80a og væskefasen 80b. Således er det ofte foretrukket å boble en annen gass, så som luft eller oksygen, gjennom væskefasen 80b for å bevirke denne raskere innstilling av væskefasen. Man kan for eksempel tilføre luft eller oksygen ved hjelp av injektor eller ejektor direkte til væskefasen 80b. Det er foretrukket at gassen (eksempelvis luft) som tilføres væskefasen 80b danner små bobler, gjerne mikrobobler, i væskefasen 80b. Slike bobler, og fortrinnsvis mikrobobler, etablerer en forholdsvis stor grenseflate mellom gasser i gassfasen 80a (som også omfatter volumet inne i boblene) og gasser i væskefasen 80b. En større grenseflate fremskynder etablering av likevekten.

Tilførsel av gass eller gasser til væskefasen 80b kan gjøres på mange ulike måter, og gasstransportørene kan således være ulike. I figur 2 er denne gasstransportøren 100 skjematisk vist anordnet inne i ekvilibratoren 80, men i en alternativ utførelse er den anordnet på utsiden av ekvilibratoren 80 men der rørledningene strekker seg gjennom ekvilibratoren 80 slik at gasser kan overføres fra 80a til 80b, dvs. gasser trekkes ut av gassfasen 80a og tilføres, fortrinnsvis i et lavere nivå, av væskefasen 80b. Forsøk har vist at det er gunstig at gassene som slipper ut av gasstransportøren i væskefasen 80b er i form av små luftbobler, fortrinnsvis som mikrobobler. Som nevnt over har mikrobobler en stor overflate i forhold til volum, dvs. en forholdsmessig stor grenseflate mellom væske og gass, og dette bevirker en effektiv utveksling av gasser mellom 80a og 80b, og en rask innstilling av likevekten i ekvilibratoren 80.

Figur 3 (fig.6) en utførelse av oppfinnelsen der det benyttes en ejektor 100’ anordnet i ekvilibratoren 80 for å generere luftbobler i væskefasen 80b. Væske 10 fra beholder 11 mates via pumpe 62 og rørledninger 60 til både toppen av ekvilibratoren 80 og til en ejektor 100’ anordnet i væskefasen 80b i ekvilibratoren. Gasser fra gassfasen 80a suges inn i ejektoren 100’ via rørledning 100. Figur 3 viser også et par andre elementer som forbedrer systemet og fremgangsmåten. Ved bruk av ejektor 100’ så genereres det, avhengig av type væske 10, en del skum. Figur 3 viser derfor en skumdemper 120 anordnet i ekvilibratoren 80, som reduserer mengde skum i gassfasen 80a. Det er videre foretrukket at væsken 10 fra kar 11 føres via denne skumdemper 120 til ekvilibratoren 80.

Skumdreperen 120 kan plasseres på ulike nivåer i ekvilibratoren 80. Over skumdreperen 120 er der et gassrom, der man for eksempel kan suge gasser til sensorboksen 200. Skum skal ikke komme opp i dette rommet. Gasser i retur fra sensorboksen 200 går gjennom skumdreper 120 slik at disse gassene vekselvirker med gasser som kommer fra ejektoren 100’. Dersom skum kommer opp i skumdreperen 120 så suges det ned igjen til ejektoren 100’ sammen med gassene. Når skum suges ned til ejektoren 100’ så vil denne fungere dårligere og dermed også generere mindre skum. På denne måten hindrer vi skum å komme over skumdreperen 120. Skumdreperen 120 har åpninger 120a som gjør at gasser sirkulerer gjennom den, men skum med større tetthet suges inn i returen og ned til ejektoren 100’. Figur 3 viser også at væske 10 som kommer fra beholder 11 spres via en dyse 130. Denne dysen 130 sprer vannet ut i hele tverrsnittet av ekvilibratoren 80 og gir en god gassutveksling mellom gassfasen 80a og væskefasen 80b. I eksperimenter med denne utførelse er det vist at denne dysen gir så effektiv gassutveksling at det ikke er nødvendig å benytte ejektor eller diffusor, dvs. løsningen med dyse 130 benyttes sammen med de utførelser av gasstransportør 100 som er vist i figurer 1 og 2.

Figur 4 viser en tilsvarende utførelse, men der ejektoren 100’ er erstattet med en diffusor 100’’ (brusestein) som tar gasser fra gassfasen 80a gjennom ei pumpe 102’’ fra skumdreperen 120 og til en diffusor 100’’ som er anordnet i væskefasen 80b. Denne løsning med diffusor 100’’ kan også realiseres uten skumdemper 120 og dyse 130, selv om disse løsninger ikke er vist på figur 4.

Figur 5 viser en løsning der ekvilibratoren 80 er anordnet horisontalt og gasser sirkuleres i en lukket krets gjennom gassfasen 80a i ekvilibratoren 80 ved hjelp av en pumpe eller propell.

Sensoranordningen 200 kan også være koblet til denne lukkede krets. Væsken 10 overføres fra beholder 11 og slippes ned gjennom dusjhoder 130’ og føres til endekanten av ekvilibratoren 80 der det renner ut gjennom rørledning 70 med en vannlås som regulerer høyden på vannstanden i ekvilibratoren 80.

Figur 6 viser en utførelse der systemet of fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen benyttes flere steder i et typisk RAS-oppdrettsanlegg. Det vises skjematisk i figuren hvordan væske fra oppdrettstanken 11’ overføres til et trommelfilter 12, deretter til et biofilter 14 og så til en CO2-lufter 16/18. og tilbake til oppdrettstanken 11’. I overføringen mellom hver av disse enhetene, og også fra CO2-stripperen der gasser forlater systemet kan man bruke en måler i henhold til foreliggende oppfinnelse for å måle konsentrasjonen av gasser som befinner seg i væsken. I et akvakulturanlegg er det først og fremst aktuelt å måle konsentrasjonen av gassene H<2>S, CO<2>, NH3 og O<2>. Således kan systemet ifølge oppfinnelsen måle mengden av gasser i væsken som føres inn i anlegget, vist med henvisningstall 5 i figur 6. I punkt 1 måles nivået av gasser i væsken ut av oppdrettstanken 11’, og forandringene i nivå mellom punktene 1 og 5 angir forandringen av gassmengder som har skjedd i oppdrettstanken 11’. Videre kan systemet ifølge oppfinnelsen være anordnet mellom ulike komponenter i RAS- anlegget, så som angitt med punktene 2, 3 og 4. Systemet i punkt 6 kan måle mengder gasser som slippes ut fra RAS-anlegget. På denne måte kan man derfor for eksempel identifisere om biofilteret har akkumulert for mye organisk materiale slik at det starter å produsere H2S. Dersom nivået av H2S stiger, kan oppdretteren starte nødvendige tiltak. Tilsvarende blir det nødvendig å sette i gang tiltak når man måler at mengden av NH3 er skadelig for fisk.

Figur 7 viser skjematisk en utførelse der man i systemet har anordnet sensorer 300 for å måle pH i systemet. I en utførelse som beskrevet over er det anordnet sensorer 300a for å måle pH i sleve oppdrettskaret 11, slik at man til enhver tid kan måle pH før man tilsetter pH-regulerende middel.

Videre kan man måle pH ved hjelp av sensor 300b for å måle pH i væskefaen 80b av løsningen som er i ekvilibratoren 80. Sensoren 300b for å måle pH etter tilsetning av pH-justerende middel kan også være anordnet i rørledningen som fører væsken 10 fra beholderen 20 for regulering av pH til ekvilibratoren 80. Konvensjonelle pH-målere kan benyttes, og fortrinnsvis avleses disse automatisk, og resultatene sendes til en kontrollenhet slik at man hele tiden har oversikt over pH i løsningen før tilsats av pH-regulerende middel, og hva pHen blir etter tilsats. Ut fra denne pH-endring, og de nevnte tabeller og grafer kan man så beregne hvor mange ganger konsentrasjonen av NH3 har endret seg etter tilsats av pH-regulerende middel, og man kan korrigere tilbake og dermed beregne hvor mye NH3 som opprinnelig var tilstede i væsken 10, dvs. før tilsats av pH-regulerende middel. Ved å justere pH før måling av NH3 øker man sensitiviteten for målingen idet man skifter likevekten mellom gass oppløst i væske, og dens korresponderende ioner oppløst i væske til en pH-verdi der likevekten er forskjøvet mot gassen. Nor NH3-systemet betyr dette at dersom man øker pH i væsken, så øker mengde NH3 (aq) i væsken 10.

Alternativt til å måle pH både før og etter tilsats av pH-regulerende middel, så kan man dosere inn pH-regulerende middel slik at man har fullstendig kontroll på hvor mye middel man tilsetter. Når man kjenner hvor mye pH-regulerende middel man har tilsatt, og også hvilken effekt denne tilsats har på likevektene i væsken 10, så kan man beregne hva pH-verdien blir etter tilsats, og bruke denne beregnede verdi for å bestemme hvor mange ganger mengde av aktuelle gass, så som NH3, har økt med pH-justeringen. I figur 7 vises skjematisk et system der det er anordnet en beholder 350 for opptak av pH-regulerende middel. Rørledningen som fører fra beholder 350 til beholder 20 er utstyrt med en doseringsenhet 400 som styrer og måler mengde pH-regulerende middel som tilsettes. Dersom det pH-regulerende middel er en væske så er det foretrukket at doseringsenheten måler mengden i volum tilsatt, for eksempel antall milliliter pH-regulerende væske tilsatt. Dersom det pH-regulerende middel er et pulver, så kan doseringsenheten 400 fortrinnsvis dosere ut og måle mengde basert på vekt. Slike doseringsenheter 400 er konvensjonelle og kan kjøpes.

Systemet og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er beskrevet for måling av NH3 i et oppdrettsanlegg, men vi presiserer at også andre gasser kan måles, og da spesielt andre gasser som skifter likevekten mellom gass og ioner oppløst i væske dersom en pH-endring påtvinges. Vi vil også presisere at også andre gasser kan måles med systemet og fremgangsmåten, dvs. uten at man justerer pH, eller uten at dette påvirker mengde av nevnte gass i væsken 10, man at man da kun faktisk benytter effekten av å overføre væsken til en ekvilibrator for å kunne måle mengde gass i gassfasen 80a og ikke i selve væsken 10. Vi vil også presisere at man kan måle flere gasser samtidig, ved å bruke flere sensorer 200. der hver av dem er spesifikk for minst én av nevnte gasse som skal måles. Med oppfinnelsen har man tilveiebrakt en mulighet for kontinuerlig måling av gasser i væsker i et anlegg, så som et oppdrettsanlegg. Hver for seg, og kombinasjonen av de to prinsipper; (i) måling av gassnivå i gassfasen når væsken er i en ekvilibrator 80 og det er innstilt en likevekt mellom nevnte gass i gassfasen 80a og væskefasen 80b, og ii) endre pH i væsken 10 for å skyve likevekten mot mer oppløst gass i væsken for indirekte å kunne måle mindre mengder gass i væske, frembringes nye muligheter for å ha kontinuerlig kontroll på konsentrasjoner av gasser i væske, og spesielt gasser som kan ha en skadelig effekt på artene, så som fisk, som oppdrettes i væsken 10 i beholder 11. Med metoden og systemet frembringes det en mulighet for å ha en kontinuerlig kontroll over utviklingen av gasser i væsken. Man kan enkelt måle relative verdier, dvs. måle forandringer i mengde av en gitt gass, men man kan også enkelt beregne de absolutte verdier og avklare om disse nærmer seg et nivå som vil være skadelig for fisken slik at man må iverksette tiltak.

Har dere utført noen målinger av NH3 slik at vi ser hvor langt ned i konsentrasjon dere faktisk klarer å måle? Det ville vært fint om vi kan ta dette med i et eksempel, slik vi gjorde med henvisning til figur 7 for H2S-søknaden.

Eksempel 1

Det ble gjort et praktisk forsøk der det ble laget en blanding av med en konsentrasjon av Total ammonium på ca.2 mg/l.

Som angitt over så er andel NH3 i vann med et visst Total Ammonium Nivå er avhengig av i hovedsak pH, og i mindre grad av temperatur og salinitet.

En brukte salmiakk med en konsentrasjon på 9% med NH4OH. Det ble tilsatt ca.0,5 ml salmiakk i en 10 l bøtte. pH ble målt til 7,5. Ca.1 liter av vannet ble tilsatt en beholder med lokk på. Det var en liten luftlomme på toppen av beholderen. En ristet beholderen slik at gassen i luftlommen kom i likevekt med vannet. Gassfasen over vannet og mengde gass i vannet innstiller seg som en likevekt, tilsvarende som i ekvilibratoren forklart ovenfor. Deretter plasserte en NH3-sensoren i under lokket i og målte konsentrasjonen av NH3 i gassfasen under lokket. Den ble målt til 0,015 mg/l (10ppb i luft) ved bruk av gass-sensor av typen Aquasense. Dette estimeres til ca.0,9% av Total Ammonium i beholderen. Det ble så tilsatt base til beholder for å heve pH. pH ble målt til ca 9,0. Deretter ble lokket satt på og beholder ristet for at luft skulle komme i likevekt med vannet. Konsentrasjonen av NH3 ble målt på nytt og viste nå 0,40 mg/l (ca 270 ppb i luft) ved bruk av samme sensor, av typen Aquasense. Ved beregninger skal andelen av NH3 være ca 21,5% av Total Ammonium.

Dette viser at ved å heve pH i vannet som skal måles for mengde NH3-gass oppløst, vil likevekten forskyves mot NH3-gass (som forklart over) og fraksjonen av NH3 øker betraktelig (mer enn 20 ganger). Dette betyr at en indirekte kan måle mengder av NH3 som er vel 20 ganger lavere enn om man ikke justerte pH, og man kan dermed benytte seg av sensorer med en range som er høyere og dermed lettere tilgjengelig.

Ved å bruke kjente formler/tabeller vil en deretter kunne regne seg tilbake til nivået som var i vannet før en tilsatte base for å øke pH.

Claims (11)

Patentkrav

1. System for å bestemme mengden av NH3 oppløst i en væske (10) i en beholder (11), karakterisert ved at systemet omfatter en ekvilibrator (80) innrettet for innstilling av en likevekt mellom NH3 i gassfase (80a) og væskefase (80b), en sensoranordning (200) for måling av mengde NH3 i gassfasen (80a), og en beholder (20) oppstrøms for ekvilibratoren (80) for tilsetning av et pH-regulerende middel for regulering av pH i væsken (10) i beholderen (20) før den overføres til ekvilibratoren (80).

2. System i samsvar med krav 1, karakterisert ved at beholderen (20) som er innrettet for å regulere pH i væsken (10) omfatter midler (20a) for å tilføre et pH-regulerende middel til beholderen (20), fortrinnsvis ved at det pH-regulerende middel kan være i form av en gass, en væske eller et faststoff.

3. System i samsvar med krav 1, karakterisert ved at systemet omfatter en gasstransportør (100, 100’, 100’’) innrettet for å bevirke sirkulasjon av gasser fra gassfasen (80a) til væskefasen (80b).

4. System i samsvar med krav 1, karakterisert ved at ekvilibratoren har et utløp (70) med vannlås for å regulere væskestanden i ekvilibratoren (80).

5. System i samsvar med krav 1, karakterisert ved at sensoranordningen (200) måler mengde av NH3direkte i gassfasen (80a) i ekvilibratoren (80).

6. System i samsvar med krav 1, karakterisert ved at én eller flere gasser tilsettes til væskefasen 80b, fortrinnsvis ved at nevnte én eller flere gasser er luft eller oksygen.

7. System i samsvar med krav 1, karakterisert ved at ekvilibratoren (80) er anordnet i det vesentlige horisontalt og at gasser sirkuleres i en lukket krets gjennom gassfasen (80a) i ekvilibratoren (80) ved hjelp av en pumpe eller propell.

8. Fremgangsmåte for å bestemme mengde av NH3 oppløst i en væske (10), hvor væsken (10) kontinuerlig tilføres til en ekvilibrator (80) innrettet til å innstille en likevekt mellom NH3 i en gassfase (80a) og NH3 oppløst i en væskefase (80b) i ekvilibratoren (80), og hvor væsken (10) før den overføres til ekvilibratoren (80) tilføres et pH-regulerende middel i beholder (20) for å justere pH i væsken (10) slik at likevekten mellom NH3 oppløst i væsken (10) og dens ioner oppløst i væsken (10) skifter slik at mer NH3 er oppløst i væsken (10).

9. Fremgangsmåte i samsvar med krav 8, karakterisert ved at én eller flere gasser tilføres væskefasen (80b) for å innstille likevekten mellom gassfasen (80a) og væskefasen (80b) raskere.

10. Fremgangsmåte i samsvar med krav 8, karakterisert ved at en gasstransportør (100, 100’, 100’’) bevirker sirkulasjon av gasser fra gassfasen (80a) til væskefasen (80b).

11. Fremgangsmåte i samsvar med krav 8, karakterisert ved at sensoranordningen (200) måler mengden av ammoniakk i gassfasen (80a).